建筑材料的基本性质非常好的.ppt

建筑材料的基本性质：1、含义：是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。因为建筑材料所处的建（构）筑物的部位不同、使用环境不同，人们对材料的功能要求也就有所不同，所起的作用就不同，要求的性质也就有所不同。2、举例：柱、梁等结构材料要求有良好的力学性能；防水材料要求有抗渗防水性能；外墙装饰材料要求有装饰性能；墙体、楼板还要求有隔热保温、吸声隔音功能等等。,第一章 建筑材料的基本性质,材料的基本性质,物理性质,力学性质,耐久性,与水有关的性质,与质量有关的性质,与热有关的性质,强度,变形性,抗冲击性,表面性质,本 章 内 容,1.1 材料的物理性质1.2 材料的力学性质1.3 材料的耐久性,1-1材料的基本物理性质,材料的体积构成 体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。,图1.1材料的体积示意图1-固体物质2-闭口孔隙3-开口孔隙4-颗粒间空隙,3,4,0,0,1.实际密度(俗称比重),（一）、材料的实际密度、视密度、表观密度和堆积密度,(1)定义：实际密度是指多孔材料在绝对密实状态下单位体积的质量（与材料孔隙无关）。,(2)计算公式：,(3)测定方法：磨细、烘干、称量、排液体法测体积。,（g/cm3）,一、与质量有关的性质,2.视密度,(1)定义：指材料在不含开口空隙时，单位体积的质量（与材料内部孔隙有关）。,(2)计算公式：,(3)测定方法：排水法测体积。,(g/cm3）,石块,3.表观密度（俗称“容重”）,(1)定义：指多孔材料在自然状态下，单位体积的质量（与材料内部孔隙有关）。,(2)计算公式：,(3)测定方法：规则材料,测量外形尺寸，计算体积;不规则材料表面封蜡，排水法测体积。,(kg/m3）,石块,表观体积是指包括内部封闭孔隙在内的体积。其封闭孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量或体积。因此，材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关。,工程中砂石材料，直接用排水法测定其表观体积,材料四种含水状态,4.堆积密度（又称松散容重）,(1)定义：散粒状或粉状材料，在自然堆积状态下单位体积的质量。,(2)计算公式：,（kg/m3）,(3)测定方法：视颗粒的大小用容积升来测定。例砂子用1L的容积升，石子用10L、20L、30L的容积升。容重筒法,石子,反映散粒堆积的紧密（压实）程度及可能的堆放空间。,表1.1 常用建筑材料的物理参数,二、密实度与孔隙率，填充率与空隙率,孔隙的特征（1）按孔隙尺寸大小，可把孔隙分为粗大孔和细小孔（2）按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为开口孔、封闭孔。孔隙对材料的影响：（1）孔隙的多少（孔隙率）（2）孔隙的特征,(1)密实度 密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例。密实度反映材料的致密程度。计算式为：,1.材料的密实度与孔隙率单一材料,V V0,(2)孔隙率 孔隙率是指材料中的孔隙体积占材料自然状态下总体积的百分率。计算式为：孔隙率与密实度的关系为：,(1)填充率 填充率是指散粒材料在某种堆积体积内,被颗粒所填充的程度。其计算式为：,2.空隙率与填充率 散粒状材料,(2)空隙率 空隙率是指散粒材料在某种堆积体积内，颗粒之间的空隙体积所占的比例。计算式为：空隙率与填充率的关系为：,1.1 建筑材料的物理性质,答案：C,（二）材料的孔隙率与空隙率 例：一种材料孔隙率增大时，以下性质密度、表观密度、吸水率、强度、抗冻性，其中哪些一定下降？A；B；C；D。,1.某材料自然状态下体积为1m3，孔隙率为33%，干燥质量为 1600kg，求该材料的实际密度？2.已知材料实际密度为3.0g/cm3，表观密度为2650kg/m3，求孔隙率。3.某砂，视密度为2.60g/cm3，堆积密度为1600 kg/m3，求填充率、空隙率。,（一）.材料的亲水性与憎水性1.亲水性：材料在空气中与水接触时，表面能被润湿的性质 憎水性：材料在空气中与水接触时，表面不能被润湿的性质2.指标润湿角：在材料、水和空气的三向交叉点处沿水滴表面做切线，此切线与材料和水接触面的夹角，称为润湿角。,亲水性材料：润湿角90（表现为亲水性）水分子间内聚力水分子与材料分子间吸引力,憎水性材料：润湿角90（表现为憎水性）水分子间内聚力水分子与材料分子间吸引力,二、材料与水有关的性质,亲水性：90,如木材、砖、混凝土、石、砖瓦、陶器、等。憎水性：90180，如沥青、石蜡、塑料等。憎水性材料具有较好的防水性和防潮性，常用作防水材料，也可用于亲水性材料的表面处理，以减少吸水率，提高抗渗性。,润湿角,润湿角,材料的含水状态,（二）材料的吸水性与吸湿性 1、吸水性：1）概念：材料在水中能吸收水的性质。2）指标：吸水率为材料浸水后在规定时间内吸入水的 质量（或体积）占材料干燥质量（或干燥时体积）的百分比。,质量吸水率：材料吸水饱和状态,所吸水分质量占干质量的百分率体积吸水率：材料吸水饱和状态,所吸收水分体积占干体积百分率,材料吸水饱和,1）一般材料的孔隙率越大，吸水性越强。开口而连通的细小的孔隙越多，吸水性越强；闭口孔隙，水分不易进入；开口的粗大孔隙，水分容易进入，但不能存留，故吸水性较小，故材料的体积吸水率常小于孔隙率，这类材料常用质量吸水率表示它的吸水性。如木材2）一般情况下都有质量吸水率来表示材料的吸水性，但是轻质、吸水率强的材料其质量吸水率常大于100%,而采用体积吸水率表示。如软木、海棉等,质量吸水率与体积吸水率的关系为,花岗岩0.50.7,混凝土23,粘土砖820,木材、海绵大于100,各种材料的质量吸水率如下：,3）影响材料吸水性的因素材料的亲、憎水性材料的孔隙率材料的孔隙特征4）吸水性大小对材料性能的影响,某绝对干燥的质量为2600g的标准尺寸烧结普通砖，吸水饱和后的质量为2900g，求W质、W体,思考：质量吸水率和体积吸水率可以大于100%吗？材料的孔隙率越大，吸水率越大，对吗？,材料的吸水性不仅与材料的亲水性或憎水性有关，而且与孔隙率的大小和孔隙特征有关。对于孔特征相近的材料，一般孔隙率越大，吸水性也越强。具有粗大孔隙的材料，虽然水分容易渗入，但仅能润湿孔壁表面而不易在孔内存留，因而吸水率不高；密实材料以及仅有封闭孔隙的材料是不吸水的，开口细微连通且孔隙率大，吸水性强。,2.吸湿性：1)概念:材料在潮湿空气中吸收水分的性质2)指标 含水率：自然状态，材料所含水的质量占材料干燥质量的百分比。,材料的含水率随温度和空气湿度的变化而变化。当材料中的湿度与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。,3）影响材料吸湿性的因素：(1)与吸水性相同。材料的亲、憎水性 材料的孔隙率 材料的孔隙特征(2)周围环境条件的影响，空气的湿度大、温度低时，材料的吸湿性大，反之则小。,4)材料吸水与吸湿后对其性质的影响：会产生不利的影响，如材料吸水或吸湿后，使其质量增加，体积膨胀，导热性增大，强度和耐久性下降。,有一块砖重2625g，其含水率为5%，该湿砖所含水量为多少？解：,（二）材料的吸水性与吸湿性 1、吸水性：1）概念：材料在水中能吸收水的性质。2）指标：吸水率为材料浸水后在规定时间内吸入水的 质量（或体积）占材料干燥质量（或干燥时体积）的百分比。,质量吸水率：材料吸水饱和状态,所吸水分质量占干质量的百分率体积吸水率：材料吸水饱和状态,所吸收水分体积占干体积百分率,材料吸水饱和,2.吸湿性：1)概念:材料在潮湿空气中吸收水分的性质2)指标 含水率：自然状态，材料所含水的质量占材料干燥质量的百分比。,材料的含水率随温度和空气湿度的变化而变化。当材料中的湿度与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。,练习：,1.已知材料实际密度为4.2g/cm3，表观密度为2500kg/m3，求孔隙率。2.某砂，视密度为2.95g/cm3，堆积密度为1300 kg/m3，求填充率、空隙率。3.某绝对干燥的质量为2600g的标准尺寸烧结普通砖，吸水饱和后的质量为2900g，求W质、W体4.某一混凝土的配合比中，需要干砂1000kg，已知工地现有砂子的含水率为5%，试计算现有湿砂的用量是多少？,（三）耐水性1耐水性：材料长期在饱和水作用下不破坏、其强度不显著降低的性质。即材料抵抗水破坏的能力。材料的耐水性主要指强度的变化,2指标：软化系数,3影响材料耐水性的因素其组成成分在水中的溶解度和材料内部开口孔隙率的大小,K软软化系数f饱材料在吸水饱和状态下的抗压强度F干材料在干燥状态下的抗压强度K的大小，说明材料吸水饱和后强度下降的程度。K在01之间，越大表示材料的耐水性越好。K越小，表明材料吸水饱和后强度下降得越大，材料耐水性越差。一般规定K0.85为耐水材料,（四）抗渗性1抗渗性：材料在水、油等液体压力作用下抵抗渗透的性质。（不透水性）2指标：抗渗等级 Pn混凝土、砂浆等的抗渗性用抗渗等级来表示。如P6、P8、P10、P12等，P越大，抗渗性越好。,P表示：抗渗等级n表示：材料所能抵抗的最大渗水压力为0.1nMPaPn表示：按标准试验方法，材料所能抵抗的最大渗水压力为0.1nMPa例如：某防水混凝土的抗渗等级为P6，表示该混凝土试件经标准养护28d后，按照规定的试验方法混凝土试件所能抵抗的最大渗水压力为0.6MPa。,3影响材料抗渗性的因素 1）材料本身的亲水或憎水性能 2）材料的孔隙率 3）材料的孔隙特征孔隙率很小而且是封闭孔隙的材料具有较高的抗渗性。,材料的抗渗性可用渗透系数表示:一定时间内，在一定水压作用下，单位厚度的材料，单位截面积上的透水量。K越小的材料表示其抗渗性越好。,K渗透系数，cm/h；W透水量，cm3；d试件厚度，cm；A透水面积，cm2；t 透水时间，h；H水头高度，cm。,图1.3渗透图,补充了解（不做重点）,（五）抗冻性 1抗冻性：材料长期在吸水饱和状态下，经多次冻融循环作用(冻结和融化作用)不破坏，也不严重降低其强度的性质。（即材料抵抗冻害的能力）2指标：抗冻等级 Fn 常用的两个参数是：质量损失率(不超过5%)，强度损失率(不超过25)。n表示材料所能承受的最大冻融循环次数为n次。Fn表示按标准方法将材料试件进行冻融循环，同时满足质量损失不超过5%，抗压强度降低不超过25%时，材料所能承受的最大冻融循环次数为n次。n的数值越大，说明抗冻性能愈好。,材料抗冻等级的选择，是根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。烧结普通砖、陶瓷面砖、轻混凝土等墙体材料，一般要求其抗冻标号为F15或F25；用于桥梁和道路的混凝土应为F50、F100或F200。水工混凝土要求高达F500。,材料受冻融破坏主要原因：其孔隙中的水结冰所致。水结冰时体积增大约9，若材料孔 隙中充满水，则结冰膨胀对孔壁产生很大应力，当此应力超过材料的抗拉强度时，孔壁将产 生局部开裂。随着冻融次数的增多，材料破坏加重。所以材料的抗冻性取决于其孔隙率、孔隙特征及充水程度。如果孔隙不充满水，即远末达饱和，具有足够的自由空间，则即使受冻也不致产生很大冻胀应力。,3.冻融循环破坏的原因：,主因：材料空隙中的水结成冰，体积膨胀9%。次因：材料内外温差产生的温度应力。,4影响材料抗冻性的因素,1）材料本身的强度大小，密实度 2）材料的孔隙率、孔隙特征 3）材料的充水程度（耐水性和吸水饱和度）4）外界环境条件,极细的孔隙，虽可充满水，但因孔壁对水的吸附力极大，吸附在孔壁上的水其冰点很低，它在般负温下不会结冰。粗大孔隙一般水分不会充满其中，对冰胀破坏可起缓冲作用。闭口孔隙水分不能渗入。而毛细管孔隙既易充满水分，又能结冰,故其对材料的冰冻破坏作用影响最大。材料的变形能力大、强度高、软化系数大时，其抗冻性较高另外，从外界条件来看，材料受冻融破坏的程度，与冻融温度、结冰速度、冻融频繁程度等因素有关。环境温度愈低、降温愈快、冻融愈频繁、则材料受冻破坏愈严重。材料的冻融破坏作用是从外表面开始产生剥落，逐渐向内部深入发展。抗冻性良好的材料，对于抵抗大气温度变化、干湿交替等风化作用的能力较强，所以抗冻性常作为考查材料耐久性的一项指标。在设计寒冷地区及寒冷环境(如冷库)的建筑物时，必须要考虑材料的抗冻性。处于温暖地区的建筑物，虽无冰冻作用，但为抵抗大气的风化作用，确保建筑物的耐久性，也常对材料提出定的抗冻性要求。,思考：从材料的孔隙特征来看，如何提高材料的抗冻性？,应增加闭口孔隙，减少开口孔隙。,冻融破坏的大坝坝面,使用20年的高速公路桥梁,在寒冷地区和环境中的结构设计和材料选用，必须考虑材料的抗冻性能，如严寒地区海港工的水位升降部位的混凝上必须考虑其抗冻性。据统计我国北方地区一些海港码头潮涨潮落部位的混凝土，每年要经受数十次冻融循环。,对于水工建筑 或 经常处于水位变化的结构，尤其是冬季气温达到10以下的地区，一定要对材料进行抗冻性检验。,思考：是否可以在-30的温度冻结，然后再在100水中融化来测材料的抗冻等级？请说明理由。,因为冻融破坏的主因是材料毛细孔隙中的水结成冰，体积膨胀9%（对孔壁产生100MPa的压力）；次因是材料内外温差产生的温度应力也有破坏作用。-30100造成的温差太大，使温度应力成为材料破坏的主要原因，主次因颠倒，所测得的最大抗冻等级次数不准确。,三、材料与热有关性质（一）导热性,1、定义：热量由材料的一面传至另一面的性质称为导热性。2.指标：导热系数（）表示。,（1）导热系数表达式：（了解，不做重点）导热系数（W/m.K）；Q传导的热量（J）A热传导面积（m2）；d材料的厚度（m）t热传导时间（s）；(T2-T1)材料两侧温差（K）（2）物理意义指单位厚度的材料，当两侧温度差为1K时，在单位时间内通过单位面积的热量。单位：W/m.k,各种材料的导热系数W/(mK)差别很大：静态空气0.023 木0.170.35石膏制品0.200.28 泡沫塑料 0.035水0.58 冰2.33 粘土砖0.64、大理石 3.5 普通混凝土 28、钢材58 银429、通常气体的导热系数液体的导热系数固体的导热系数一般我们将0.25的材料称为绝热材料。材料的导热系数越小，表示其绝热性能越好，保温隔热性能愈好。,（3）影响材料导热系数的因素有：材料的组成（越大，导热性越好）环境温、湿度 材料的构造：孔隙率及孔隙特征（孔隙率越小，导热性越好）工程中对保温材料特别注意防潮防冻？,因为材料的导热系数越小导热性越差，保温隔热效果越好，反之。保温材料中的大量毛细孔隙中含静态空气（导热系数为0.023 W/m.k），一旦受潮，水（导热系数为0.58 W/m.k）的导热系数为空气的25倍，所以材料受潮后其导热系数将明显地增加，严重影响材料的保温效果。如果再受冻（冰的导热系数为 2.33 W/m.k），则导热系数更大。因此在工程中对保温材料应特别注意防潮。,思考,某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面，请问选择何种材料？A B,保温层的目的是较少外界温度变化对住户的影响，材料保温性能的主要描述指标为导热系数和热容量，其中导热系数越小越好。观察两种材料的剖面，可见A材料为多孔结构，B材料为密实结构，多孔材料的导热系数较小，适于作保温层材料。,工程应用：冬季材料保持热量不传递出去（保温）；夏季材料阻碍热量传入室内（隔热）几种特殊材料的导热系数：静止空气（0.023）、水（0.58）、冰（2.33）请分析：材料受潮时为什么其保温隔热性能会降低？保温材料在施工和使用过程中为什么需要防潮防水？,（二）、热容量 1热容量指材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。热容量等于材料的比热（c）与质量（m）的乘积。物理意义为：单位质量的材料温度上升1K须吸收的热量或温度降低1K时所放出的热量。C材料的比热，J/（g.K）比热（热容量系数）Q材料吸收或放出的热量，J（也是热容量）M材料的质量，g；T2-T1材料受热或冷却前后的温差，K。,水的比热4.2kJ/(kgK)砂石比热0.92kJ/(kgK)当烈日当空时，水还是保持像早上那时候的水温，因为水升温需要大量热量，到了晚上，水还是热的，因为释放热量慢。所以水有调节气温的作用，使得温差不至于太大。内陆温差大，沿海地区温差小。比热大的材料，能在热变动或采暖设备供热不均匀，空调工作不均衡时，缓和室内的温度变动。比热容的大小直接影响建筑内部空间的温度变化率。设计过程中选用导热系数较小而热容量较大的材料，有利于保持建筑物室内温度的稳定性。,总结：1）导热系数表示热量通过材料传递的速度；2）热容量或比热表示材料内部存储热量的能力；3）对于建筑物围护结构所用材料，设计应选择导热系数较小而热容量较大的材料，来达到冬季保温、夏季隔热的目的。,（三）耐热性 1受热变形：材料的尺寸随温度变化的性质 2受热变质,（四）材料的耐燃性（按耐火要求规定）1非燃烧材料：钢铁 砖 石头 2难燃烧材料：水泥 石膏板 3.燃烧材料：木 塑料 竹 泡沫,四 声学性质(不做重点),（一）吸声性 1 吸声性：材料吸收声波的能力。2 吸声系数,平均吸声系数 0.2为吸声材料（二）隔声性 1 隔声性：材料阻止声波透过的能力。2 透射系数,吸声材料是指多细孔、柔软的材料，当声音透过多孔时，在吸声材料中多次反射，而声能衰减，达到吸声的功能；隔声材料指在声音传播的过程中，能够阻挡声音穿透，达到阻止噪声传播的目的。,吸声材料,隔声材料,吸声材料多孔吸声材料,多孔吸声材料是目前应用最广泛的材料,主要有有机纤维材料,无机纤维材料,泡沫材料和吸声建筑材料四大类。,吸声材料共振吸声材料,隔声材料隔音板,隔音指板软质纤维或PMMA料或聚碳酸脂板做成的板材；它具有耐老化，耐高温，透明，重量轻，易安装等特点。,隔声材料隔音玻璃,隔音玻璃制作工艺成熟，质量稳定，易维护清洗，保温性、透光性、节能性都较好。按其结构不同一般可分为：中空玻璃、真空玻璃、夹层玻璃。,吸声材料隔声材料的给合使用,吸声材料隔声材料的合理给合，发挥了两种材料材质机理上的各自优势，从而提高降噪效果，例如：复合隔声墙板往往在墙板中间填入部分吸声材料，它既减弱了声音在二板间的反复反射，又提高了复合墙全为整体结构的隔声量。,吸声与隔声材料给合使用的案例,高铁武汉火车站,吸声与隔声材料的应用范围,1、室内墙面及天花板的饰面、地面；2、演播室、录音室、音响设备测试室；3、播音、音响设备的表面；4、影剧院、会议室、室内体育馆、音乐大厅健身房；5、隔音门、隔音墙等屏障式隔墙式夹层；6、图书馆、阅览室、展览馆、教室、幼儿园、钢琴室；7、保温、隔热设施；8、歌舞厅、KTV包房、酒店、生产车间、办公室；9、汽车、船舶等交通工具的吸音隔音，其它需要隔音吸音的场所。,1-3 材料的力学性质,材料在外力(荷载)作用下抵抗破坏的能力。当材料承受外力作用时，内部就产生应力。随着外力逐渐增加，应力也相应增大。直至材料内部质点间的作用力不能再抵抗这种应力时，材料即破坏，此时的极限应力值就是材料的强度。强度根据所受的外力形式的不同，材料强度有抗拉、抗压、抗剪和抗弯(抗折)强度等(图1.4)。,一、强度,材料在外力作用下抵抗破坏的能力和产生变形的性质。材料的力学性质包括：强度、弹性、塑性、冲击韧性、脆性,图1.4 材料受力示意图,(a)拉力；(b)压力；(c)剪切；(d)弯曲,材料的强度大小可根据强度值大小，划分为若干标号或强度等级强度的单位是：N/mm 2 或 MPa。,受压构件（柱）往往在结构中具有重要作用，一旦产生破坏，往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌。,在试验室采用破坏试验法测试材料的强度。按照国家标准规定的试验方法，将制作好的试件安放在材料试验机上，施加外力(荷载)，直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。材料的抗拉、抗压和抗剪强度的计算式为：,F破坏荷载（N）A受荷面积(mm),材料的抗弯强度与试件受力情况、截面形状以及支承条件有关。通常是将矩形截面的条形试件放在两个支点上，中间作用一集中荷载。材料的抗弯强度的计算式为：,材料的强度主要取决于它的组成和结构。一般说材料孔隙率越大，强度越低，另外不同的受力形式或不同的受力方向，强度也不相同。,F破坏荷载 L跨度，两支点间的距离b试件截面宽度 h试件截面高度,不做重点，了解,材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，能够完全恢复到原来的形状的性质，这种性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。,二、变形（一）、弹性与塑性,材料的弹性变形曲线oa弹性变形,材料的弹塑性变形曲线bo-塑性变形ab-弹性变形,任何材料都是弹塑性的结合体,材料在外力作用下产生变形，当外力撤去后，仍保持变形后的形状和大小并且不产生裂缝的性质称为塑性。不能恢复的变形称为塑性变形。,1.材料在破坏时，未出现明显的塑性变形，而表现突发性破坏，称为脆性。脆性材料的特点是塑性变形小，抗压强度远大于抗拉强度。2.材料抵抗冲击振动作用能够承受较大变形而不发生突发性破坏的性质称为韧性或冲击韧性。韧性材料的特点是变形大，特别是塑性变形大，抗拉强度接近或高于抗压强度。,(二）、脆性与韧性,耐久性是指材料在各种环境因素作用下，在长期使用过程中保持其性能稳定的性质。环境因素是多种多样的，有物理(如温度、湿度、机械力等)、化学(大气、光、酸、碱、盐等作用)以及生物(细菌、昆虫等)等方面的作用。耐久性是一个综合性能，包括抵抗上述各类因素的长期作用。不同材料有不同的耐久性特点。要根据材料所处的结构部位和使用环境等因素，综合考虑其耐久性，并根据各种材料的耐久性特点，合理地选用。,1.3 材料的耐久性,Chapter 1,THE END,